第第頁(yè)1.2種群數(shù)量的變化第1課時(shí)教案一、教學(xué)目標(biāo)1.說(shuō)明建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法（生命觀念、科學(xué)思維）2.能夠利用數(shù)學(xué)模型來(lái)表征、解釋和預(yù)測(cè)種群數(shù)量的變化規(guī)律（科學(xué)思維）3.舉例說(shuō)明種群的“J”形增長(zhǎng)、“S”形增長(zhǎng)等數(shù)量變化情況。二、教學(xué)重難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)（1）建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法。（2）種群的“J”形增長(zhǎng)和“S”形增長(zhǎng)。2.教學(xué)難點(diǎn)（1）建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法。三、教學(xué)設(shè)計(jì)思路教師采用問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的方式自己動(dòng)手構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，通過(guò)列舉實(shí)例和實(shí)驗(yàn)的方式比較這兩種增長(zhǎng)曲線(xiàn)，并讓學(xué)生自己嘗試歸納總結(jié)其特點(diǎn)。四、教學(xué)過(guò)程【新課導(dǎo)入】教師利用課件給同學(xué)們展示水葫蘆的照片，并播放水葫蘆危害的視頻，通過(guò)視頻和圖片，讓學(xué)生了解引進(jìn)外來(lái)物種考慮不周帶來(lái)的危害，并根據(jù)這個(gè)視頻資料，提出問(wèn)題：1.水葫蘆的種群數(shù)量增長(zhǎng)有什么特點(diǎn)？2.為什么水葫蘆會(huì)如此迅速增長(zhǎng)？3.如何防治水葫蘆的增長(zhǎng)？【新課講授】（一）建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法教師組織學(xué)生分為幾個(gè)小組，并讓學(xué)生小組之間合作完成“模擬細(xì)菌繁殖的實(shí)驗(yàn)”在實(shí)驗(yàn)之前，教師首先介紹這個(gè)實(shí)驗(yàn)的基本內(nèi)容：（1）實(shí)驗(yàn)材料：用生物球代表細(xì)菌，用250mL的燒杯代表細(xì)菌生存的空間，在燒杯里裝上60mL的溫水代表細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。（2）實(shí)驗(yàn)原理：某細(xì)菌每20分鐘通過(guò)二分裂繁殖一代。用生物球表示細(xì)菌，生物球可以吸水變大，吸水變大的過(guò)程表示細(xì)菌的生長(zhǎng)。用不同數(shù)量的生物球表示出細(xì)菌繁殖的結(jié)果。（3）過(guò)程方法：將準(zhǔn)備的7個(gè)250mL燒杯編號(hào)為1～7號(hào)，向7個(gè)燒杯中各倒人60mL水。這7個(gè)燒杯分別用來(lái)代表細(xì)菌繁殖的代數(shù)。在1號(hào)杯子中放1個(gè)生物球，表示有1個(gè)細(xì)菌。這樣1號(hào)燒杯就代表細(xì)菌繁殖的開(kāi)始，即0代。2號(hào)燒杯代表細(xì)菌繁殖了1代，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，我們就在杯子里放2個(gè)生物球，表示有2個(gè)細(xì)菌。3號(hào)燒杯代表細(xì)菌繁殖了2代，我們?cè)诒永锓?個(gè)生物球，表示有4個(gè)細(xì)菌。4、5、6、7號(hào)燒杯的操作以此類(lèi)攤接下來(lái)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理和過(guò)程，按照表格中的時(shí)間書(shū)安心模擬細(xì)菌的繁殖過(guò)程杯子編號(hào)1234567……時(shí)間/min020406080100120……繁殖個(gè)數(shù)0123456……生物球個(gè)數(shù)1……小組之間對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，歸納出種群數(shù)量變化的數(shù)學(xué)公式和曲線(xiàn)圖這兩種數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)，歸納出建立數(shù)學(xué)模型的一般步驟。通過(guò)對(duì)比數(shù)學(xué)公式和曲線(xiàn)圖，小組之間可以討論一下各自的優(yōu)缺點(diǎn)。1.寫(xiě)出第n代細(xì)菌數(shù)量的計(jì)算公式：Nn=1×2n2.以時(shí)間為橫坐標(biāo)，細(xì)菌數(shù)量為縱坐標(biāo)，畫(huà)出細(xì)菌種群的增長(zhǎng)曲線(xiàn)。3.數(shù)學(xué)公式與曲線(xiàn)圖各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？曲線(xiàn)圖：直觀，但不夠精確。數(shù)學(xué)公式：精確，但不夠直觀。4.建構(gòu)種群增長(zhǎng)模型的方法——數(shù)學(xué)模型：（1）數(shù)學(xué)模型：用來(lái)描述一個(gè)系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式，可以為公式、坐標(biāo)圖等。（2）種群增長(zhǎng)數(shù)學(xué)模型的作用：能夠描述、解釋和預(yù)測(cè)種群數(shù)量的變化。（3）建立數(shù)學(xué)模型一般包括以下步驟：（二）種群的“J”形增長(zhǎng)教師指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材第8頁(yè)，根據(jù)教材中的兩個(gè)資料，小組之間互相討論，并回答問(wèn)題：思考?討論：分析自然界種群增長(zhǎng)的實(shí)例資料11859年，一位來(lái)到澳大利亞定居的英國(guó)人在他的農(nóng)場(chǎng)中放生了24只野兔。讓他沒(méi)有想到的是，一個(gè)世紀(jì)之后，這24只野兔的后代竟超過(guò)6億只。漫山遍野的野兔不僅與牛羊爭(zhēng)食牧草，還啃樹(shù)皮，造成植被破壞，導(dǎo)致水土流失。后來(lái)，人們引入了黏液瘤病毒才使野兔的數(shù)量得到控制。資料220世紀(jì)30年代，人們將環(huán)頸雉引入某地一個(gè)島嶼。1937-1942年，這個(gè)種群增長(zhǎng)如圖所示。討論1.這兩個(gè)資料中的種群增長(zhǎng)有什么共同點(diǎn)？答案：種群數(shù)量增長(zhǎng)迅猛，且呈無(wú)限增長(zhǎng)趨勢(shì)。2.種群出現(xiàn)這種增長(zhǎng)的原因是什么？答案：食物充足、缺少天敵等。3.這種種群增長(zhǎng)的趨勢(shì)能不能一直持續(xù)下去？為什么？答案：不能。因?yàn)橘Y源和空間是有限的。根據(jù)資料2中的曲線(xiàn)圖，我們一般將這種曲線(xiàn)形狀類(lèi)似字母J的，稱(chēng)為種群數(shù)量增長(zhǎng)的“J”形曲線(xiàn)通過(guò)之前的模擬細(xì)菌實(shí)驗(yàn)和教材中的資料，教師指導(dǎo)學(xué)生歸納“J”形曲線(xiàn)的數(shù)學(xué)公式模型，并嘗試總結(jié)呈現(xiàn)“J”形曲線(xiàn)的條件和增長(zhǎng)特點(diǎn)。1.模型假設(shè)：理想條件——食物和空間條件充裕、氣候適宜、沒(méi)有天敵和其他競(jìng)爭(zhēng)物種等。2.數(shù)量變化：種群的數(shù)量每年以一定的倍數(shù)增長(zhǎng)，第二年的數(shù)量是第一年的λ倍注意：J形增長(zhǎng)的λ為定值；若λ不為定值，則說(shuō)明種群數(shù)量變化非J形增長(zhǎng)。3.數(shù)學(xué)公式t年后種群的數(shù)量為Nt=N0×λt（N0為該種群的起始數(shù)量，t為時(shí)間，Nt表示t年后該種群的數(shù)量，λ表示該種群數(shù)量是前一年種群數(shù)量的的倍數(shù)。）4.“J”形增長(zhǎng)曲線(xiàn)的含義：自然界有類(lèi)似細(xì)菌在理想條件下種群增長(zhǎng)的形式，如果以時(shí)間為橫坐標(biāo)，種群數(shù)量為縱坐標(biāo)畫(huà)出曲線(xiàn)來(lái)表示，曲線(xiàn)大致呈“J”形。5.坐標(biāo)曲線(xiàn)圖：自然界有類(lèi)似細(xì)菌在理想條件下種群增長(zhǎng)的形式，如果將種群的這種連續(xù)A增長(zhǎng)以時(shí)間為橫坐標(biāo)、種群數(shù)量為縱坐標(biāo)表示出來(lái)。（三）種群的“S”形曲線(xiàn)我們知道在理想條件下種群數(shù)量會(huì)一直按照“J”形曲線(xiàn)的方式增長(zhǎng)，但是如果遇到資源、空間等發(fā)面的限制，種群還會(huì)呈著“J”形增長(zhǎng)嗎？教師利用課件展示實(shí)驗(yàn)大草履蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)教材中第11頁(yè)的實(shí)驗(yàn)步驟和第9頁(yè)的總結(jié)，觀察圖1-5，并提出問(wèn)題：1.大草履蟲(chóng)種群增長(zhǎng)的曲線(xiàn)與“J”形曲線(xiàn)有什么不同？2.為什么高斯的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不像“J”形曲線(xiàn)，產(chǎn)生該差異的原因有哪些？3.觀察曲線(xiàn)，我們可以發(fā)現(xiàn)曲線(xiàn)的斜率有什么變化？4.大草履蟲(chóng)增長(zhǎng)速率最快的點(diǎn)大致在什么位置？教師指導(dǎo)學(xué)生嘗試歸納“S”形曲線(xiàn)的模型并歸納這兩種曲線(xiàn)的區(qū)別。歸納總結(jié)：1.模型假設(shè)：資源和空間有限，天敵的制約等（即存在環(huán)境阻力）2.建立模型：①“S”形曲線(xiàn)：遷入一個(gè)新環(huán)境后，在一定時(shí)期內(nèi)種群的增長(zhǎng)大致符合“J”形曲線(xiàn)，隨著生活時(shí)間的延續(xù)，環(huán)境條件限制作用越加明顯，種群經(jīng)過(guò)一定時(shí)間增長(zhǎng)后，數(shù)量趨于穩(wěn)定，增長(zhǎng)曲線(xiàn)呈“S”形。這種類(lèi)型的種群增長(zhǎng)稱(chēng)為“S”形增長(zhǎng)。②環(huán)境容納量是指一定的環(huán)境條件所能維持的種群最大數(shù)量，又稱(chēng)K值。③影響K值的因素：食物、空間、氣候、天敵、傳染病和人類(lèi)的活動(dòng)等。一般來(lái)說(shuō)，種群數(shù)量達(dá)到K值以后保持穩(wěn)定，但K值不是固定不變的，它會(huì)隨環(huán)境的改變而變化。3.曲線(xiàn)圖分析ab段：種群基數(shù)小，需要適應(yīng)新環(huán)境，增長(zhǎng)較緩慢；bc段：資源和空間豐富，出生率升高，種群數(shù)量增長(zhǎng)迅速；cd段：資源和空間有限，種群密度增大，種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)加劇，出生率降低，死亡率升高，種群增長(zhǎng)減緩；de段：出生率約等于死亡率，種群增長(zhǎng)速率幾乎為0，種群數(shù)量達(dá)到K值，且維持相對(duì)穩(wěn)定。4.特點(diǎn)：種群數(shù)量由0→k/2時(shí)，種群增長(zhǎng)速率逐漸增大；種群數(shù)量為k/2時(shí)，種群增長(zhǎng)速率最大；種群數(shù)量由k/2→K時(shí)，種群增長(zhǎng)速率不斷降低；在K值時(shí)，種群數(shù)量達(dá)到最大，此時(shí)種群數(shù)量增長(zhǎng)速率為0，出生率=死亡率。小組討論：種群的環(huán)境容納量（K）值是恒定不變的嗎？（1）K值不是一成不變的：K值會(huì)隨著環(huán)境的改變而發(fā)生變化，當(dāng)環(huán)境遭到破壞時(shí)，K值會(huì)下降；當(dāng)環(huán)境條件狀況改善時(shí)，K值會(huì)上升。（2）在環(huán)境條件沒(méi)有遭受破壞的情況下，種群數(shù)量會(huì)在K值附近上下波動(dòng)。當(dāng)種群數(shù)量偏離K值的時(shí)候，會(huì)通過(guò)負(fù)反饋調(diào)節(jié)使種群數(shù)量回到K值。5.K值和K/2值在實(shí)踐中的應(yīng)用（1）對(duì)野生生物資源和瀕危物種的保護(hù)：建立自然保護(hù)區(qū)，提高環(huán)境容納量。（2）對(duì)野生生物資源的利用：（合理開(kāi)發(fā)利用）因?yàn)椴遏~(yú)后保留在K/2值處，種群增長(zhǎng)速率最大，可實(shí)現(xiàn)“既有較大收獲量又可保持種群高速增長(zhǎng)”，符合可持續(xù)發(fā)展的原則。（3）有害生物的防治①?gòu)沫h(huán)境容納量考慮：增大環(huán)境阻力，降低環(huán)境容納量；②從K/2考慮：在種群增長(zhǎng)剛開(kāi)始（達(dá)到K/2之前）的時(shí)候就進(jìn)行防治。（絕對(duì)不能讓種群數(shù)量增長(zhǎng)到K/2值）實(shí)例：如滅鼠時(shí)及時(shí)控制種群數(shù)量，嚴(yán)防達(dá)到K/2值，若達(dá)到該值，會(huì)導(dǎo)致該有害生物成災(zāi)。思考討論環(huán)境容納量與現(xiàn)實(shí)生活小組討論，問(wèn)題探討：1.有人說(shuō)目前全世界人口數(shù)量已經(jīng)達(dá)到地球的環(huán)境容納量，必須采取更加嚴(yán)格的措施控制人口出生率；有人卻認(rèn)為科技進(jìn)步能提高地球?qū)θ祟?lèi)的環(huán)境容納量，例如，育種和種植技術(shù)的進(jìn)步，能提高作物產(chǎn)量，從而養(yǎng)活更多人口。對(duì)此你持什么觀點(diǎn)？你有哪些證據(jù)支持你的觀點(diǎn)？提示：這道題有較大的開(kāi)放性，學(xué)生可以從不同角度作出回答，要言之有據(jù)。例如，世界范圍內(nèi)存在的資源危機(jī)和能源緊缺等問(wèn)題，說(shuō)明地球上的人口可能已經(jīng)接近或達(dá)到環(huán)境容納量，因此應(yīng)當(dāng)控制人口增長(zhǎng)；隨著科技進(jìn)步，農(nóng)作物產(chǎn)量不斷提高，人類(lèi)開(kāi)發(fā)、利用和保護(hù)資源的能力不斷加強(qiáng)，因而可以養(yǎng)活更多的人口。鼓勵(lì)學(xué)生上網(wǎng)搜集相關(guān)數(shù)據(jù)作為證據(jù)。2.鼠害導(dǎo)致作物減產(chǎn)，蚊、蠅會(huì)傳播疾病。從環(huán)境容納量的角度思考，對(duì)家鼠等有害動(dòng)物的控制，應(yīng)當(dāng)采取什么措施？答案：對(duì)鼠等有害動(dòng)物的控制，可以采取器械捕殺、藥物防治等措施。從環(huán)境容納量的角